PROYECTO DE MODIFICACION DE EQUIPOS INDUSTRIALES
CAJA REDUCTORA DE VELOCIDAD
2013
José Juan Rosique Sánchez
01/01/2013
INDICE
--1-- INTRODUCCIÓN ..................................................................... 5
OBJETIVO ................................................................................... 5
UTILIZACION .............................................................................. 6
LOCALIZACION Y EMPLAZAMIENTO ........................................ 6
--2-- MEMORIA ELECTRICA ........................................................... 8
MOTOR ....................................................................................... 8
FUSIBLE .................................................................................... 17
CABLE ....................................................................................... 20
CONTACTOR ............................................................................ 28
RELE TERMICO ........................................................................ 31
MAGNETOTERMICO ................................................................ 32
DIFERENCIAL ........................................................................... 34
COFRE O ARMARIO ELECTRICO ............................................ 36
ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO ........................................ 39
ELEMENTOS DE SEÑALIZACION ............................................ 42
BORNAS DE CONEXION .......................................................... 43
--3-- CALCULOS ELECTRICOS .................................................... 46
MOTOR ..................................................................................... 46
FUSIBLE .................................................................................... 53
CABLE ....................................................................................... 54
CONTACTOR ............................................................................ 61
RELE TERMICO ........................................................................ 64
MAGNETOTERMICO ................................................................ 67
DIFERENCIAL ........................................................................... 68
COFRE ...................................................................................... 72
ESQUEMA ELECTRICO ............................................................ 76
--4-- MEMORIA MECANICA .......................................................... 83
PIÑONES ................................................................................... 83 Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 3 José Juan Rosique Sánchez
CARCASA ................................................................................. 87
CORREAS ................................................................................. 91
POLEAS .................................................................................... 94
TOLERANCIAS .......................................................................... 96
RODAMIENTO......................................................................... 106
ACEITES Y GRASAS LUBRICANTES ..................................... 110
ARANDELAS ........................................................................... 112
SILENTBLOCK ........................................................................ 113
TORNILLOS ............................................................................ 114
--5-- CALCULOS MECANICOS ................................................... 121
ELECCION DE LOS PIÑONES ................................................ 121
CORREA ................................................................................. 129
POLEAS .................................................................................. 136
EJE .......................................................................................... 137
EJE 1 .................................................................................... 138
EJE 2 .................................................................................... 142
TORSION EJE 1 .................................................................. 146
TORSION EJE 2 .................................................................. 150
TOLERANCIAS ........................................................................ 154
CHAVETAS ............................................................................. 159
CARCASA ............................................................................... 161
RODAMIENTOS ...................................................................... 162
SOPORTE RODAMIENTO ...................................................... 164
LUBRICACION DEL RODAMIENTO........................................ 165
LUBRICACION ENGRANAJES ............................................... 166
--6-- MANTENIMIENTO ............................................................... 169
--7-- PLIEGO DE CONDICIONES ............................................... 179
ILUMINACION ......................................................................... 179
VIBRACIONES ........................................................................ 179
RUIDOS ................................................................................... 180 Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 4 José Juan Rosique Sánchez
NORMAS DE SEGURIDAD ..................................................... 180
Peligros especiales. ................................................................. 181
ARRANQUE ............................................................................ 182
NORMATIVA ........................................................................... 183
CONSULTA Y AYUDA ............................................................. 184
--8-- PRESUPUESTO ELECTRICOS .......................................... 188
--9-- PRESUPUESTO MECANICO .............................................. 189
--10-- PRESUPUESTO TOTAL ................................................... 190
INTRODUCCIÓN
OBJETIVO
El ciclo formativo de grado superior de mantenimiento industrial nos exige como objetivo, en la asignatura de proyectos de modificación de equipos industriales, la realización de un proyecto de una caja reductora de velocidad.
Todos los cálculos, materiales y tablas usadas en la realización de este proyecto deben ser debidamente justificados, según las diferentes reglas y normativas existentes.
A través de la caja reductora de velocidad que procedemos a diseñar obtendremos, cuatro velocidades distintas en el eje secundario de la caja reductora, las cuales serán 350 rpm, 985 rpm, 1380 rpm y 1500rpm, todas obtenidas por la combinación de distintos engranajes, siendo todas estas menores que las que ofrece el eje del motor, el cual funciona a una velocidad de 3000 rpm, y se unirá al primer eje de la caja reductora por medio de dos poleas una de ellas colocada en el eje del motor y otra en el primer eje de la caja reductora, unidas por una correa de transmisión, la cual bajara a la mitad (1500rpm) las revoluciones antes de la primera combinación de ruedas dentadas
Esta caja reductora está diseñada para un motor trifásico, asíncrono, con un par de polos y 4 cv de potencia. Proyecto caja reductora de velocidad
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UTILIZACION
La caja reductora de velocidad diseñada en este proyecto se empleara en una sierra circular de mesa, que puede cortar diferentes tipos de materiales dependiendo del material del disco colocado en esta y su lubricación, podrá cortar acero, madera, mármol o diferentes tipos de plásticos como por ejemplo pvc.
LOCALIZACION Y EMPLAZAMIENTO
La localización de nuestra sierra de mesa está situada, en la empresa Mecanizados Rosique S.L, esta empresa está ubicada en el polígono de los prados, parcela 1 - 9 / 1 - 10, código postal 30530 Cieza (Murcia), teléfono 968 - 50 - 49 - 48
La empresa se encuentra en un paraje empresarial idóneo, puesto que se dedica al mecanizado de diferentes tipos de piezas y se encuentra rodeada de empresas que necesitan mecanizar distintos tipos de piezas, ya sean piezas de metal, mármol, madera y/o plástico. Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 7 José Juan Rosique Sánchez Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 8 José Juan Rosique Sánchez
MEMORIA ELECTRICA
MOTOR
Es un dispositivo que funciona con corriente alterna o continua y que se encarga de convertir la energía eléctrica en movimiento o energía mecánica, los motores eléctricos se emplean en aplicaciones muy diversas tales como ventiladores, bombas, equipos electrodomésticos, grúas, ascensores, etc...
Nosotros usamos un motor trifásico, que por su robustez, bajo mantenimiento y sencillez de utilización es el motor más ampliamente utilizado en la industria.
Un motor eléctrico se basa en la idea de que el magnetismo produce una fuerza física que mueve los objetos, en los motores se utiliza la electricidad para crear campos magnéticos que se opongan entre sí, de tal modo que hagan moverse su parte giratoria llamada rotor.
El campo magnético de esta parte lo generan los imanes permanentes, precisamente la acción repelente a dichos polos opuestos es la que hace, que el rotor comience a girar dentro del estator. Proyecto caja reductora de velocidad
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Estator de un motor eléctrico
El estator está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero de calidad especial provistas de ranuras. Los bobinados están distribuidos en estas ranuras y forman un conjunto de bobinas desfasadas entre si .Cada una de las bobinas se conecta a una de las fases de un sistema trifásico y dan lugar a un campo magnético giratorio
Rotor del motor eléctrico Proyecto caja reductora de velocidad
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El rotor es la parte móvil del motor. Esta situado en el interior del estator y consiste en un acoplamiento de chapas de acero que forman un cilindro solidario con el árbol del motor.
El rotor del motor trifásico es atravesado por el campo magnético creado en el estator el cual hace girar el rotor.
Conjunto estator-rotor
Es importante mencionar las dos maneras de conectar los motores que pueden ser en estrella o triangulo dependiendo de la tensión de funcionamiento de nuestro motor. Proyecto caja reductora de velocidad
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Si nuestro motor tiene una tensión de 220v/380v lo conectaremos en triangulo si la tensión de la línea es de 220v, pero si la tensión de la línea coincide con la superior del motor que en este caso es 380v este se conectara en estrella.
A continuación se muestra las maneras de conectar el motor: Proyecto caja reductora de velocidad
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Motor elegido para este proyecto
El motor seleccionado para nuestra caja reductora es un motor trifásico, asíncrono, con un par de polos y 4cv, este motor tiene como características también su robustez, bajo mantenimiento y sencillez de utilización, también contamos con características de potencia y revoluciones por minuto que necesitaremos en nuestra reductora.
Sabiendo esto, podemos proceder a explicar los cálculos eléctricos que hemos averiguado:
Definición de intensidad
La intensidad es la cantidad de corriente eléctrica que transporta un conductor en la unidad de tiempo, se denomina con la letra I y se mide en amperios (A)
Intensidad de servicio
La intensidad que tenemos que calcular nosotros es la intensidad de servicio la cual se calcula con la siguiente fórmula:
Una vez calculada podemos proceder a realizar los demás cálculos
Definición potencia eléctrica
Potencia es la velocidad a la que se consume la energía. Si la energía fuese un líquido, la potencia sería los litros por segundo que vierte el depósito que lo contiene. La potencia se mide en joule por segundo (J/seg) y se representa con la letra P. Proyecto caja reductora de velocidad
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Un J/seg equivale a 1 vatio (W), por tanto, cuando se consume 1 joule de potencia en un segundo, estamos consumiendo 1 vatio de energía eléctrica.
La unidad de medida de la potencia eléctrica (P) es el vatio, y se representa con la letra W.
Potencia absorbida o activa
La potencia absorbida se entiende, que es la potencia teórica que tiene nuestro receptor.
La cual se calcula de la siguiente manera:
Potencia útil
La potencia útil la entendemos, como la potencia real que se obtiene en el eje del motor.
La potencia útil se calcula con la siguiente formula.
Potencia perdida
La potencia perdida es la potencia que se pierde por varios motivos como por ejemplo roce mecánico, perdidas por calor, etc...
La potencia perdida se halla con la formula: Proyecto caja reductora de velocidad
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Potencia aparente
Esta potencia es la que nos indica que la red no solo tiene que proporcionarnos la potencia útil sino un poco mas de esa potencia.
En otras palabras la red de alimentación de un circuito no sólo ha de satisfacer la energía consumida por los elementos resistivos, sino que también ha de contarse con la que van a "entretener" bobinas y condensadores.
Se calcula con la formula dada a continuación:
Potencia reactiva
Es la que parece en una instalación eléctrica en la que existen bobinas o condensadores, y es necesaria para crear campos magnéticos y eléctricos en los componentes
Se calcula con la siguiente fórmula:
Rendimiento o factor de potencia
Triángulo de potencias que forman la potencia activa, la potencia reactiva y la potencia aparente. El ángulo que se aprecia entre la potencia aparente y la activa se denomina coseno de fi ( o factor de potencia y lo crea la potencia reactiva. A mayor potencia reactiva, mayor será ese ángulo y menos eficiente será el receptor al que le corresponda. Proyecto caja reductora de velocidad
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La fórmula que usamos para averiguar el factor de potencia (rendimiento) es:
Deslizamiento
Es la diferencia que existe entre las revoluciones teóricas del motor y las reales de este.
Se puede hallar en % ó en revoluciones por minuto de la siguiente manera.
En %
Se puede hallar con una simple regla de tres:
Ejemplo: Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 16 José Juan Rosique Sánchez
x = 96.83% si esto lo restamos a 100% nos dará 3.17% por tanto, el deslizamiento del motor es 3.17%
En revoluciones por minuto se realiza la formula:
Donde:
= revoluciones teóricas
= revoluciones reales
Par
Es la fuerza que es capaz de ejercer un motor en cada giro.
Se calcula con la siguiente fórmula:
M = par del motor
P = potencia útil
W = revoluciones por minuto expresadas en radianes segundo
De rpm a radianes segundo se hace de la siguiente forma: Proyecto caja reductora de velocidad
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FUSIBLE
Su símbolo es:
Los fusibles son un dispositivo de protección con capacidad de cortar, por si solo las sobre intensidades no admisibles y los cortocircuitos que se producen en los receptores, sin actuar cuando la sobre intensidad sea admisible, los fusibles son los dispositivos más antiguos empleados en las instalaciones eléctricas
Existen fusibles de varios tipos:
Fusibles de rosca: son aquellos fusibles que para su conexión necesitan ser roscados a una base porta fusibles. Existen dos sistemas, el sistema D y el sistema D0, que se caracterizan por la condición que no se pueden confundir las unidades de fusible con relación a su corriente nominal y por su protección frente a defectos de aislamiento, este tipo de fusibles es apropiado para personal inexperto. Proyecto caja reductora de velocidad
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Fusibles de cuchilla (NH): el sistema NH (sistema de fusibles de baja tensión y alta capacidad) es un sistema de fusible normalizado, que se compone de una base de fusible, de cartucho intercambiable y accesorio para el cambio del cartucho. Este tipo de fusible, además puede llevar indicadores de fusión y dispositivos de seguridad en el intercambio de cartuchos, al realizarse con tensión, debe ser realizado por personal experto.
Tabla para seleccionar el tipo de fusible: Proyecto caja reductora de velocidad
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Para elegir el tipo de fusible tenemos que realizar los siguientes pasos:
Elegir el tipo y la clase más adecuado, según la aplicación y si se utiliza para acompañar a otro dispositivo de protección
Elegir el calibre o intensidad nominal, cuyo valor sea inferior o igual a la corriente de servicio, para el caso de categoría g, si el fusible es de categoría a y está asociado a un relé térmico, su calibre será el inmediato superior a la corriente del térmico elegida (Ir). Para la elección del calibre, utilizar la tabla.
En nuestro caso cogeremos un fusible GM de calibre 8 A Proyecto caja reductora de velocidad
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CABLE
Que es un cable: Se llama cable a un conductor o conjunto de ellos generalmente recubierto de un material aislante o protector
Para la elección del cable de nuestro circuito eléctrico se pueden tener en cuenta varias características del mismo entre ellas si el cable es unipolar o multipolar, otra característica a tener en cuenta es si el cable está fabricado en aluminio, cobre u otro material conductor, también podemos seleccionar el color de nuestro cableado ya sea para fase, toma tierra, neutro, etc.
Partes que componen los conductores eléctricos
El alma o elemento conductor:
Su objetivo es servir de camino a la energía eléctrica, de la forma cómo esté constituida esta alma depende la clasificación de los conductores eléctricos.
Así tenemos según su constitución:
Alambre: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por un solo elemento o hilo conductor. Se emplea en líneas aéreas, Proyecto caja reductora de velocidad
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como conductor aislado, en instalaciones eléctricas a la intemperie o directamente sobre aisladores.
Cable: Conductor eléctrico cuya alma conductora está formada por una serie de hilos conductores o alambres de baja sección, muy flexible.
Según el número de conductores:
Unipolar: Conductor eléctrico con una sola alma conductora, con o sin cubierta protectora.
Multipolar: Conductor de dos o más almas conductoras aisladas entre sí, envueltas cada una en sus capas de aislación y con una o más cubiertas protectoras comunes.
El aislamiento:
El aislamiento de un conductor evita que la energía eléctrica que circula por él, entre en contacto con las personas o con objetos. Asimismo, debe evitar que conductores de distinto voltaje puedan hacer contacto entre sí.
En el siguiente dibujo se muestran un ejemplo de las diferentes partes anteriormente citadas: Proyecto caja reductora de velocidad
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Según la tensión que soportan se pueden clasificar en:
Cables de muy baja tensión (hasta 50 V).
Cables de baja tensión (hasta 1000 V).
Cables de media tensión (hasta 30 kV).
Cables de alta tensión (hasta 66 kV).
Cables de muy alta tensión (por encima de los 770 kV).
Otra de las características a tener en cuenta de los cables es el tipo de material conductor del que esté construido el alma se suele utilizar el cobre:
La principal razón para utilizar el cobre es su excelente conductividad eléctrica o, en otras palabras, su baja resistencia mecánica.
La resistencia es indeseable, pues produce pérdidas de calor cuando el flujo eléctrico circula a través del material. El cobre tiene la resistencia eléctrica más baja de todos los metales no preciosos.
La resistencia del aluminio es un 65% más alta que la del cobre. Por eso, para conducir la misma corriente eléctrica, un cable de aluminio necesitará una sección un 65% más grande que la del cable de cobre. Además de ser menos conductivo es tres veces más ligero que el cobre. Por eso se usa para cables aéreos donde el peso es fundamental.
Para cables bajo tierra se utiliza cobre, que tiene una alta resistencia a la corrosión. Y si estos cables bajo tierra transportan un alto voltaje, se prefiere también el cobre por su menor volumen, ya que el cable de aluminio tiene mayor área y, por tanto, necesita mayor cantidad de material de aislamiento para rodearlo.
El tipo de cobre que se utiliza en la fabricación de conductores es el cobre electrolítico de alta pureza, 99,99%. Proyecto caja reductora de velocidad
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Tipos de aislante
El aislamiento en los cables nos sirve para evitar fugas de corriente hacia el exterior. Aunque el cable está diseñado para durar varios años (se dice que de 20 a 30 años), el aislamiento sufre un deterioro con el paso del tiempo debido a daños mecánicos, vibraciones, calor o frío excesivo, suciedad, aceite, vapores corrosivos, etc.
Podemos hacer 2 grandes grupos por tipo de aislamiento dependiendo de la temperatura que deba soportar este:
70 ºC en el conductor para cables aislados con
Materiales termoplásticos:
Policloruro de vinilo (PVC).
Polietileno termoplástico (PE)
90 ºC en el conductor para cables aislados con
Materiales termoestables:
Polietileno reticulado (XLPE).
Goma etileno-propileno (EPR).
A continuación se procede a explicar más detalladamente estos grupos:
Termoplásticos: se reblandecen con el calor (se puede moldear fácilmente, al enfriarse recupera la consistencia conservando la nueva forma) y se vuelven rígidos y quebradizos con el frío, lo que impide su tendido a bajas temperaturas. Ejemplos de estos materiales son el PVC (policloruro de vinilo), PE (polietileno termoplástico). Destacan por su larga duración Proyecto caja reductora de velocidad
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Termoestables: mantienen una adecuada flexibilidad en el rango de las temperaturas de utilización. Por ejemplo, son termoestables, el XLPE (polietileno reticulado), o el EPR (goma etileno-propileno). Debido a su mayor temperatura de servicio son adecuados para instalaciones de distribución, enlace, alumbrado público e industriales en las que es importante que el cable presente altas prestaciones frente a sobrecargas y cortocircuitos.
Como he dicho antes pero conviene recalcar, según las exigencias de las normas, se limita la temperatura máxima de servicio permanente a los 70ºC en los cables con aislamiento termoplástico y a los 90ºC en los de aislamiento termoestable y la de cortocircuito a los 160ºC y 250ºC, respectivamente.
Otra cosa a tener muy presente en la elección del cable, es su comportamiento ante el fuego que puede ser de tres tipos:
Cables no propagadores de la llama: Una llama aplicada durante un tiempo prefijado, no debe propagarse hacia arriba, en un cable dispuesto verticalmente, más de 425mm).
Cables no propagadores del incendio: Al ser sometido a las condiciones de un incendio (750ºC) no debe desprender volátiles inflamables que puedan producir un foco de incendio secundario.
Cables resistentes al fuego: Al ser sometido a un fuego prolongado de suficiente magnitud para destruir los componentes orgánicos del aislante, sigue prestando servicio antes y después del fuego.
Los cables convencionales de PVC son: no propagadores de la llama. Proyecto caja reductora de velocidad
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A continuación presento unas tablas donde se indica alguna de las cosas anteriormente dichas sobre el aislante de los cables:
Esta tabla nos relaciona la sección del cable de cobre con la intensidad máxima que aguanta teniendo como recubrimiento el pvc
Esta tabla nos relaciona la sección del cable de cobre con la intensidad máxima que aguanta teniendo como recubrimiento el Polietileno reticulado (XLPE) y Goma etileno-propileno (EPR). Proyecto caja reductora de velocidad
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Los cables llevan una designación que a continuación procedo a describir ayudándome de una serie de tablas: Proyecto caja reductora de velocidad
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El sistema utilizado para la designación de un cable se compone de tres partes y en su conjunto es una secuencia de símbolos en el que cada uno de ellos, según su posición, tiene un significado previamente establecido en la norma.
En las tablas anteriores se han incluido todos los símbolos utilizados en la denominación de los tipos constructivos de los cables de uso general en España según las normas detalladas en el pliego de condiciones.
Ejemplo de designación de un cable
H07V-K 1X2.5
H --- cable según normas armonizadas
07 --- tensión nominal del aislamiento 450/750 V
V --- aislamiento de policloruro de vinilo
K --- cable flexible para instalación fija
1x2.5 --- unipolar de 2.5 de sección Proyecto caja reductora de velocidad
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CONTACTOR
Es un mecanismo cuya misión es la de cerrar o abrir unos contactos, para permitir o no el paso de la corriente a través de ellos, esto ocurre cuando la bobina del contactor recibe, corriente eléctrica, comportándose como un electroimán y atrayendo dichos contactos.
Aspecto físico: Partes de que está compuesto:
Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6.
Tienen por finalidad abrir o cerrar el circuito de potencia.
Contactos auxiliares: 13-14 (NO)
Se emplean en el circuito de mando, por este motivo soportarán menos intensidad que los principales.
La bobina: A1-A2. Proyecto caja reductora de velocidad
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Sirve para proporcionar corriente al circuito electromagnético del interior.
Símbolo:
Elección de un contactor:
Para la elección de un contactor tenemos que tener muy en cuenta lo siguiente:
Tensión de alimentación de la bobina y la Intensidad que consume el motor de forma permanente (intensidad de servicio).
Un contactor puede si lo necesitáramos disponer de más contactos auxiliares y según el modelo de contactor se puede acoplar una cámara de contactos auxiliares o módulos independientes normalmente abiertos (NO), o normalmente cerrados (NC)
A continuación muestro un contactor con los contactos auxiliares sin montar y posteriormente montados en este. Proyecto caja reductora de velocidad
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Sin montar Montados
Como ya hemos nombrado, existen contactos normalmente abiertos y normalmente cerrados
Contactos normalmente abiertos se les asignara números de 2 cifras, la primera indica el numero de orden y la segunda será 3 y 4 Ejemplo: 13-14 / 23-24
Contactos normalmente cerrados se les asignara números de 2 cifras, la primera indica el numero de orden y la segunda será 1 y 2 Ejemplo: 11-12 / 21-22
El contactor se denominara con las letras KM seguidas de un numero. Proyecto caja reductora de velocidad
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RELE TERMICO
Es un mecanismo que sirve como elemento de protección del motor.
Su misión consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo, la permitida por este, evitando que el bobinado se queme, esto ocurre a que consta de tres laminas bimetálicas con su correspondiente bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del relé.
La velocidad de corte no es tan rápida como en el interruptor magnetotermico
Para la elección de este mecanismo debemos tener en cuenta el tiempo máximo que puede soportar una sobreintensidad no admisible. Proyecto caja reductora de velocidad
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Símbolo relé térmico Símbolo contactos auxiliares
De los contactos auxiliares el 95-96 es normalmente cerrado, por tanto cuando el relé térmico se activa estos contactos se abren y con los contactos normalmente abiertos 97-98 sucede al revés
MAGNETOTERMICO
Su misión es la de proteger la instalación y el motor, abriendo el circuito en el caso de que exista un cortocircuito en cualquier parte de la instalación o si existe una sobrecarga, que es cuando la intensidad consumida, supera la intensidad a la que esta calibrado el magnetotermico, esta suele ser de 3 a 20 veces la intensidad nominal. Proyecto caja reductora de velocidad
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Su símbolo es:
Para elegir el magnetotermico adecuado para nuestro circuito eléctrico debemos tener en cuenta dos características principales:
La primera característica a tener en cuenta es el tipo de curva de disparo
La segunda es elegir el calibre (intensidad nominal), cuyo valor será inferior o igual a la intensidad que consume el receptor de forma permanente.
Para ello contamos con la siguiente tabla: Proyecto caja reductora de velocidad
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DIFERENCIAL
Símbolo del diferencial:
Es un elemento que actúa abriendo el circuito cuando existen fugas a tierra por cables mal aislados, humedad o porque hemos tocado el cable.
Es un elemento de protección muy importante para no electrocutarnos el cual funciona de la siguiente manera:
Detecta la diferencia entre la corriente que entra y la que sale, si no sale la misma corriente que le entra al diferencial este se dispara (abre). Proyecto caja reductora de velocidad
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También se puede activar la apertura del diferencial manualmente desde el botón que lleva de comprobación (recomendable activarlo manualmente una vez al mes),
Para calcular todo lo necesario para saber que diferencial se necesita debemos saber varias cosas:
Necesitamos saber la resistencia en ohmios por metro que tiene el terreno donde vamos a clavar la pica o en nuestro caso la placa de toma de tierra, también debemos saber el perímetro de nuestra placa de toma de tierra o si elegimos una pica su longitud.
Nosotros hemos elegido una placa de toma de tierra porque nos proporciona un mejor contacto en nuestro suelo, al tener más superficie de contacto con él, que si ponemos una pica.
Se pueden usar aditivos para proporcionarle al terreno una mayor conductividad eléctrica como el que procedo a mostrar a continuación.
Sabiendo todo lo anterior podemos proceder a calcular nuestro diferencial, calculando una serie de formulas y consultando unas tablas, lo cual esta detallado en la parte de cálculos eléctricos de este proyecto. Proyecto caja reductora de velocidad
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COFRE O ARMARIO ELECTRICO
En nuestro caso se trata de un cofre eléctrico y no de un armario dadas sus dimensiones (6,6 , si fuera mayor de 51 se denominaría armario
El cofre realiza la función de albergar y proteger nuestro elementos eléctricos de las inclemencias del ambiente, en su interior podemos encontrar contactores, magnetotermico, relé térmico, diferencial, pulsadores, etc.
Para seleccionar el cofre que necesitamos debemos saber lo siguiente:
El volumen total que ocupan nuestros elementos eléctricos.
El tipo de panel para montantes que albergara nuestro cofre.
Las dimensiones del cofre elegido para albergar los montantes anteriores.
También es muy importante saber rodeado de qué condiciones se encuentra el cofre, puesto que dependiendo de ello debemos seleccionar una IP, la cual se elige a partir de la siguiente tabla, que está normalizada según la normativa descrita en el pliego de condiciones. Proyecto caja reductora de velocidad
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Esta tabla se encuentra repetida en el apartado de cálculos para explicar porque se ha seleccionado dicha IP. Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 38 José Juan Rosique Sánchez
Ahora procedemos a explicar las partes de un cofre:
El cuadro eléctrico contiene todos los dispositivos de maniobra, protección y medida
Los montantes verticales (dependiendo del modelo). Son los elementos del cuadro eléctrico en donde se sujeta, mediante tornillos, el panel perforado o bastidor
Panel perforado también se puede llamar bastidor. En el van montados los perfiles o los elementos que están diseñados para ser colocados sobre el bastidor
Perfiles es donde van colocados los dispositivos de maniobra y protección
Liras portacables para llevar los cables de un dispositivo a otro horizontalmente Proyecto caja reductora de velocidad
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Bornes de conexión para conectar con los receptores externos (motores, grupos de lámparas) o con los detectores externos (detectores de proximidad, de posición etc.) sin que las bornas de conexión de estos receptores se desgasten.
Canales perforadas para llevar los cables de un elemento a otro verticalmente
Puerta para acceder a los dispositivos del automatismo eléctrico y realizar el mantenimiento del mismo
ELEMENTOS DE ACCIONAMIENTO
En este apartado encontramos varios elementos diferentes como los pulsadores ya sean de marcha o paro, y un temporizador
Los pulsadores son elementos de accionamiento que sirve para cerrar o abrir un circuito permitiendo el paso o no de la corriente a través de ellos, existen de muchos tipos diferentes pero solo procederé a explicar los usados en el circuito eléctrico de nuestro proyecto de caja reductora de velocidad. Proyecto caja reductora de velocidad
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Pulsador de paro
Símbolo:
El pulsador de paro deja pasar la corriente eléctrica en su posición de reposo, cuando es accionado se abre impidiendo el paso de la corriente.
Se enumera como 11-12
Pulsador de marcha
Símbolo:
Al contrario que en el pulsador de paro, el pulsador de marcha se encuentra abierto impidiendo el paso de la corriente en su posición de reposo y es al accionarlo cuando permite el paso de la corriente eléctrica.
Se enumera como 13-14. Proyecto caja reductora de velocidad
pág. 41 José Juan Rosique Sánchez
Relé temporizado
Existen relés temporizados de dos tipos
Temporizados al trabajo o conexión y temporizados al reposo o desconexión:
Temporizados al trabajo:
Los contactos de este relé actúan después del tiempo programado, de que se halla electrificado el temporizador.
Su símbolo es:
Temporizados a la desconexión:
Los contactos de este relé actúan al tiempo programado previamente después de haber quitado la corriente el temporizador. Proyecto caja reductora de velocidad
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Su símbolo:
ELEMENTOS DE SEÑALIZACION
Los elementos de señalización que en el caso de este proyecto son ópticos, son todos aquellos elementos que nos indican que el circuito eléctrico está realizando una función o presenta una avería.
Los elementos de señalización de este proyecto son bombillas de colores.
Su símbolo: Proyecto caja reductora de velocidad
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BORNAS DE CONEXION
El uso de bornas de conexión como elemento para la conexión en los circuitos ha sido adoptado universalmente y ha simplificado el diseño, instalación y mantenimiento de equipos y sistemas eléctricos
Los bornes se pueden clasificar según su sistema de conexión:
Conexión mediante tornillos:
Conexiones sin el uso de tornillos: por medio de soldadura, terminales enchufables planos, soldables sobre circuitos impresos, mediante el enrollado del conductor o mediante abrazadera
Las partes que forman una borna de conexión o borne son el cuerpo aislante, elemento conductor de la corriente y el elemento de apriete.
Elemento aislante:
Tiene como función aislar circuitos o personas del potencial eléctrico y pueden ser de:
Poliamidas - de la familia de los termoplásticos, el material resulta flexible y con alta resistencia mecánica, este material no contiene halógenos ni fosforo por tanto sus gases de combustión tienen un bajo índice de polución
Melaninas - pertenece a los termorrigidos, tiene una elevada resistencia a la deformación, este material no contiene halógenos ni fosforo por tanto sus gases de combustión tienen un bajo índice de polución Proyecto caja reductora de velocidad
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Elemento conductor de la corriente:
Tiene como misión servir de puente a la corriente que se establece en el circuito, es decir, es como la prolongación del conductor dentro de la borna, la mayoría de estos elementos conductores están fabricados de cobre.
Elemento de apriete:
Tiene como función generar la suficiente presión del conductor del borne sobre el conductor que se aloja en el borne para lograr reducir al máximo la resistencia de contacto Proyecto caja reductora de velocidad
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CALCULOS ELECTRICOS
MOTOR
El motor elegido es un motor trifásico asíncrono con un par de polos
La velocidad del motor que he elegido son 3000 rpm las cuales salen de la siguiente fórmula:
Las características del motor que hemos elegido sabiendo que tenía que ser un motor trifásico asíncrono con un par de polos y 3000 rpm son las siguientes:
Potencia - 3Kw = 4cv
Rpm - 2905
Factor de potencia - 0.86
Nivel de ruido - 81db
Peso - 25kg
Aislante clase b
Par de torsión - 7.82 Nm
Modelo - sg 100l-2
Marca - electrim motor Proyecto caja reductora de velocidad
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Las dimensiones de nuestro motor trifásico asíncrono con un par de polos son las siguientes Proyecto caja reductora de velocidad
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Los siguientes cálculos los he realizado para averiguar la potencia absorbida, potencia útil, potencia perdida, rendimiento, potencia aparente, potencia reactiva, deslizamiento y el par del motor:
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l Proyecto caja reductora de velocidad
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Arco cuyo coseno es 0.86 se le da a la calculadora a inversa coseno y salen x grados luego se le da al seno y sale el resultado que necesitamos para sen = 0.51 Proyecto caja reductora de velocidad
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Deslizamiento
Como yo quiero hallar el deslizamiento en % lo cálculo de la siguiente manera:
Tenemos un deslizamiento del 3.17 %
El deslizamiento en número de revoluciones por minuto es el siguiente
El motor tiene un deslizamiento de 95 revoluciones por minuto Proyecto caja reductora de velocidad
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Par motor
La fórmula del par motor se halla despejando la siguiente formula
Despejando esa formula
Necesitamos pasar nuestras rpm a radianes por segundo lo cual se hace de la siguiente manera Proyecto caja reductora de velocidad
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Intensidad nominal
Para hallar la intensidad nominal se calcula con la formula siguiente
Lo correcto hubiera sido usar la potencia absorbida anteriormente calculada, pero eh preferido usar 3000w en vez de los 2975.6w de la potencia absorbida calculada anteriormente por un tema de seguridad, ya que usando 3000w nos salen un poco mas de intensidad, la cual nos sirve para los cálculos de los elementos de seguridad y así ponemos un margen de seguridad más amplio para proteger tanto a las personas como a nuestros elementos eléctricos. Proyecto caja reductora de velocidad
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FUSIBLE
Para saber el fusible que necesitamos en este proyecto debemos mirar las dos tablas siguientes
Interpretando las tablas sabemos que nuestro fusible es un fusible GM de calibre 8A debido a:
GM --- ya que nuestro fusible es para protección de aparatos de maniobra y mando de motores Proyecto caja reductora de velocidad
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Calibre 8A --- ya que se debe elegir el fusible de calibre inmediatamente superior a nuestro relé térmico (6A)
CABLE
El cable lo selecciono partiendo de nuestra intensidad nominal la cual es de 5A.
En el circuito de mando el cable seleccionado es de 1.5 mm de sección, el cual aguanta hasta 15A, ya que es la sección mínima obligatoria permitida por el reglamento electrotécnico de baja tensión para un circuito de mando, y sobrepasa con creces la intensidad necesaria contando con nuestro factor de corrección el cual es de 0.7 la formula con la que hemos averiguado la intensidad que aguantaba nuestro cable es la siguiente.
El cable de 1.5 mm de sección aguanta una intensidad máxima de 15 A que multiplicado por el factor de corrección nos da otra intensidad máxima que soporta dicho cable que es 10.5 A, la cual sigue siendo superior a nuestra intensidad nominal que es de 5 A.
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En el circuito de potencia el cable seleccionado es de 2.5 mm de sección, el cual aguanta hasta 21A, ya que es la sección mínima obligatoria permitida por el reglamento electrotécnico de baja tensión para un circuito de mando, y sobrepasa con creces la intensidad necesaria contando con nuestro factor de corrección el cual es de 0.7 la formula con la que hemos averiguado la intensidad que aguantaba nuestro cable es la siguiente. Proyecto caja reductora de velocidad
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El cable de 2.5 mm de sección aguanta una intensidad máxima de 21 A que multiplicado por el factor de corrección nos da otra intensidad máxima que soporta dicho cable que es 14.7 A, la cual sigue siendo superior a nuestra intensidad nominal que es de 5 A.
*El factor de corrección que hemos aplicado en la formula es debido a que por la lira pasan más de 7 cables por tanto tenemos que aplicarle un factor de corrección de 0.7
La tabla en la que me he guiado para hallar la seccion del cable y su intensidad maxima es la siguiente:
La tabla nos relaciona la sección en la columna de la izquierda con la intensidad máxima admisible para cables unipolares y tetrapolares de diferente sección. Proyecto caja reductora de velocidad
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Sabemos que el calor que soporta el cable en su tiempo máximo de funcionamiento es:
T= tiempo máximo de funcionamiento en segundos
R= resistencia del cable
3000 es la longitud del cable en mm
9000 es la longitud del cable en
Calorías cable de 1.5 en 5h
Calorías cable de 2.5 en 5 h Proyecto caja reductora de velocidad
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Las calorías de los cables de los circuitos de mando y potencia sin contar el tiempo máximo de utilización es:
Para el cable de 1.5
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Para el cable de 2.5
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El aislante que seleccionamos para los cables de los circuitos de mando y potencia, es un aislante de policloruro de vinilo debido, a que aguanta temperaturas de hasta 70º siendo la sección del cable de 1.5 mm y la intensidad máxima que pase por ese cable 14.5 A. Proyecto caja reductora de velocidad
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Cuando la sección del cable es 2.5 mm y su intensidad máxima que pase por él, es de 19.5 A se selecciona un aislante de policroruro de vinilo debido a que aguanta temperaturas de hasta 70º para esta sección e intensidad
Para seleccionar el aislante nos hemos guiado de tablas como esta que presento a continuación la cual relaciona la sección del cable con la intensidad máxima que permite un cable con aislante de pvc:
La tabla nos relaciona la sección del cable con la intensidad máxima que este aguanta para un aislante de pvc Proyecto caja reductora de velocidad
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Para mayores intensidades deberíamos seleccionar otro tipo de aislante como por ejemplo
Polietileno reticulado o etileno propileno, los cuales aguantan mayores temperaturas como queda demostrado en la siguiente tabla
La tabla nos relaciona la sección del cable y el tipo de semiconductor con la intensidad máxima que admite cada cable dependiendo de su sección y del número de conductores que transcurran por el cable Proyecto caja reductora de velocidad
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La denominación de nuestro cable eléctrico es la siguiente:
H07V-K
El significado de esa denominación es:
H ---- normas europeas
07 ----- tensión 450/750v
V ----- material aislante pvc
K ---- conductor flexible para instalaciones fijas Proyecto caja reductora de velocidad
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CONTACTOR
Sabemos que nuestra intensidad de servicio es
Mirando las tablas a continuación presentadas sabemos el contactor que necesitamos para nuestra instalación eléctrica Proyecto caja reductora de velocidad
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Nuestro contactor es de la categoría AC3 para motores asíncronos ya que es la categoría que mejor se adapta a nuestras necesidades de aplicación Proyecto caja reductora de velocidad
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Como hemos seleccionado un contactor de categoría AC3 tenemos que mirar la columna de dicho contactor y coger el contactor inmediatamente superior a nuestra intensidad de servicio la cual es 5 A por tanto cogemos el calibre 9 A
Nuestro contactor es categoría AC3 y calibre 9 A Proyecto caja reductora de velocidad
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RELE TERMICO
Nuestra intensidad de servicio es
Nuestro motor cambia de arranque en estrella a triangulo en un tiempo de 6 segundos, contando con un margen de seguridad de +2 segundos, el tiempo total son 8 segundos, por tanto según las tablas, elegiremos un relé térmico de Ir 7.2 lo cual es la cantidad de veces que aguanta el contactor la intensidad de arranque del motor en este caso 7.2 veces esa intensidad, clase 20, tiempo de disparo 8 segundos y margen de variación de 4 Amperios a 6 Amperios ya que nuestra intensidad de servicio es 5 Amperios y se encuentra entre los márgenes de esa variación Proyecto caja reductora de velocidad
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En la tabla esta, seleccionamos la clase del relé térmico teniendo en cuenta las veces que aguanta el relé térmico nuestra intensidad de arranque del motor y el tiempo que tarda de pasar de estrella a triangulo
En esta tabla seleccionamos el margen de variación teniendo en cuenta la clase que hemos cogido anteriormente en nuestro caso la clase 20 Proyecto caja reductora de velocidad
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Estas son las diferentes curvas de protección, la curva que nosotros hemos seleccionado es la de la clase 20 Proyecto caja reductora de velocidad
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MAGNETOTERMICO
El motor que tenemos seleccionado consume 5 Amperios y en su arranque se produce una sobre intensidad 8 veces mayor que la intensidad nominal
Corriente del magnetotermico 10A
Intensidad de servicio 5A
Intensidad de arranque
Por tanto la intensidad de arranque es de 40A la cual es inferior a los 50A que aguanta el magnetotermico Proyecto caja reductora de velocidad
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Nuestro magnetotermico por tanto es un magnetotermico de tipo de curva C con corriente de magnético 10, calibre 4 Amperios, aplicación para protección general
Elegimos calibre de 4 Amperios ya que nuestra intensidad de servicio es de 5 Amperios y debemos elegir un magnetotermico de calibre inferior o igual a nuestra intensidad nominal.
DIFERENCIAL
El diferencial está calculado según la normal ITC -18 del reglamento electrotécnico de baja tension
Para calcular el diferencial que necesitamos poner en nuestro circuito eléctrico es necesario saber la resistencia por metro que tiene nuestro terreno lo cual nos hemos guiado por un estudio geográfico y una serie de tablas Proyecto caja reductora de velocidad
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El terreno en el que tenemos que poner nuestra toma de tierra es un terreno de arena silícea el cual tiene una resistencia de 50 a 500 por metro, según un estudio geológico tiene exactamente 80 por metro.
Nuestra toma de tierra va a ser una placa enterrada ya que considerando las opciones es la mejor puesto que al tener una mayor superficie de contacto con la tierra transmite mejor la corriente eléctrica la que hemos seleccionado es una placa normalizada de 500mm de lado y 1.5 mm de espesor, construida en cobre el cual es un optimo conductor de la electricidad
Para calcular la sensibilidad del diferencial necesitamos saber la resistencia de la puesta a tierra la cual se calcula con las siguientes formulas Proyecto caja reductora de velocidad
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Puesto que lo nuestro es una placa enterrada la formula será la siguiente:
Teniendo la resistencia de la toma de tierra podemos calcular la sensibilidad del diferencial con la siguiente formula
Nuestra tensión de seguridad son 24v en ambientes secos se suelen usar 50v según el reglamento electrotécnico de baja tensión pero preferimos usar 24v para aumentar la seguridad. Proyecto caja reductora de velocidad
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Después de saber el resultado que nos da de dividir la tensión de seguridad partido de la resistencia de puesta a tierra, lo cual nos da la intensidad de seguridad, ahora se calcula la intensidad del diferencial que es la intensidad de seguridad partido de la intensidad del diferencial
Pasando eso a miliamperios nos da 37.5 mA
Por tanto cogeremos un diferencial con una sensibilidad de 30 mA ya que es el inmediatamente inferior a la intensidad que tenemos. Proyecto caja reductora de velocidad
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COFRE
El cofre ha sido elegido según normas:
EN-60529 (IP)
EN- 50102 (IK)
CEI-529
UNE- 20324
| Para saber el cobre que se necesita debemos calcular la superficie que ocupan nuestros elementos eléctricos: 4 contactores de hasta 12 A | 4 x 0.30 = 1.2 |
| 1 magnetotermico | 0.6 |
| 1 diferencial | 0.6 |
| 1 relé térmico | 0.30 |
| 1 fusible | 0.15 |
| 1 temporizador | 0.15 |
| TOTAL | 3 |
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